Fuente: video de Visual Tech, 7 de septiembre de 2021
Las turbinas debajo del mar son parte de la solución a uno de los principales problemas que amenazan al mundo, el cambio climático.
Estos dispositivos submarinos también colaboran a paliar problemas energéticos gracias a la energía mareomotriz, aquella que se obtiene aprovechando las mareas. Se trata de una energía renovable porque utiliza recursos limpios e inagotables proporcionados por la naturaleza que a diferencia de los combustibles no generan gases de efecto invernadero.
Tipos de energías proveídas por los océanos
Los océanos son fuentes de un gran potencial energético que puede proveer electricidad a través de varios tipos de energía, como la undimotriz que se obtiene a partir del movimiento de las olas, como la energía de las corrientes marinas que proporcionan energía cinética, como la energía mareomotérmica, con la que se aprovechan las temperaturas entre las distintas capas del agua y como la ya mencionada energía mareomotriz.
El fenómeno de las mareas
Las mareas son vaivenes periódicos del nivel del mar provocadas por las fuerzas gravitacionales de atracción ejercida sobre la tierra por el Sol y la Luna. Estas son más notorias en las costas de los océanos porque se pueden ver amplias áreas que el mar cubre o deja al descubierto cuando la marea entra (flujo) o sale (reflujo). El nivel más alto que alcanza el mar se les llama pleamar o marea alta mientras que el nivel más bajo se denomina baja mar o marea baja.
Entre las diferentes ondas oceánicas, las mareas son las más largas con una longitud de 10.000 km, similar en magnitud al diámetro ecuatorial de la tierra.
Las centrales mareomotrices, sólo pueden ser instaladas en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y la baja. En américa este fenómeno ocurre en la ciudad mexicana de Puerto Peñasco, en la provincia argentina de Santa Cruz y en la ciudad Río Gallegos, en el delta del Amazonas en Brasil y en las bahías de Frobisher y de Fundy en Canadá. Las diferencias entre pleamares y bajamares en estas zonas están entre 8 metros y 20 metros
Potencial de energía mareomotriz
Se estima que la energía disipada por las mareas ronda los 20.000 TWh de los cuales se pueden aprovechar unos 200 TWh. La energía mareomotriz podría generar 635 TWh anuales lo que equivale a 1.045 millones de barriles de petróleo o 392 millones de toneladas de carbón utilizados para producir energía eléctrica
Producción de energía mareomotriz
Una central mareomotriz está compuesta por un dique con turbinas en la parte inferior que contiene el agua, la construcción del dique da lugar a la formación de un embalse que se llena y vacía de acuerdo con el movimiento de la marea. Cuando el agua contenida en el embalse pasa por las turbinas éstas se activan para generar electricidad inicialmente cuando la marea es alta se abren las compuertas del dique para dejar pasar el agua hacia el embalse, cuando éste se llena las compuertas se cierran lo que permite retener el agua en un nivel máximo. Cuando la marea va bajando del otro lado del dique se genera un gran desnivel con respecto al embalse, una vez que la marea está en su punto mínimo se abre nuevamente las compuertas para liberar el agua pero esta vez pasará a través de las turbinas la gran fuerza del agua producto de la energía potencial que adquiere por el desnivel creado hace que se accione en las turbinas. Así se transforma la energía potencial en energía cinética. Después el movimiento de las hélices de las turbinas se transmitirá a un generador que es el responsable de la producción de energía eléctrica.
Tipo de centrales mareomotriz
Las presas de marea
Este tipo de tecnología involucra la construcción de dos embalses separados para el aprovechamiento de la energía potencial que se produce ante un cambio de marea. Las presas o diques que separan los embalses suelen construirse en el ancho de un estuario o bahía. Además del alto costo de la infraestructura y el impacto ambiental, son escasos los sitios alrededor del mundo donde pueden ubicarse este tipo de centrales.
Generadores de corriente de marea
Utilizan la energía cinética del agua para activar las turbinas, como ocurre con las turbinas eólicas y el movimiento del aire. Dado que el agua es unas 800 veces más densa que el aire, la energía que proveniente de las mareas es más poderosa que la del viento.
Si la velocidad del agua es tan sólo la décima parte de la velocidad del viento puede obtenerse la misma potencia en un sistema de turbinas del mismo tamaño. Eesto también limita el uso de generadores en sitios donde la marea tiene una velocidad mínima de 2 nudos.
Energía mareomotriz dinámica
Explota la relación que existe entre la energía cinética y la potencial de las corrientes de mareas. Se construye una presa de 30 a 50 kilómetros de longitud que se extiende desde la costa hacia el mar o el océano pero sin aislar un área definida. Las diferentes fases de las mareas paralelas a la costa producen un desnivel de agua considerable alrededor de la presa lo que induce el movimiento de las turbinas.
¿Qué se necesita para producir energía mareomotriz?
La energía que pueden generar las mareas depende de factores geográficos como el relieve de las costas, el perfil del fondo marino y de fenómenos meteorológicos. La amplitud de la marea puede ser nula en algunos mares interiores en el Mediterráneo, al igual que en el Océano Pacífico, mientras que puede alcanzar valores notables en algunas costas y bahías del Océano Atlántico.
Los parámetros a considerar en un estudio de viabilidad para la construcción de una central mareomotriz son la amplitud de la marea, el nivel mínimo del agua, la longitud del dique y la superficie del embalse.
Ventajas de la energía mareomotriz
- Es una fuente natural de energía renovable pues el agua de los océanos no se agota por su explotación.
- Forma parte de las energías limpias que no generan gases de efecto invernadero ni otros residuos tóxicos.
- Como la conducta de las mareas es predecible se pueden establecer acciones específicas en el sistema de generación. Se pueden conocer los cambios de potencia que ocurrirán y planificar el mantenimiento preventivo en el punto de producción mínima.
- Debido a la densidad del agua se puede producir energía aun cuando la velocidad del fluido es baja (1 m/s).
- Los componentes de una central mareomotriz tienen una vida útil de hasta 100 años y su mantenimiento es sencillo.
Desventajas de la energía mareomotriz
- La inversión para el diseño y construcción de la infraestructura es alta pues los componentes deben ser resistentes al desgaste ya la corrosión generada por la salada agua del mar.
- La construcción es lenta por las dimensiones características y ubicación de las
- centrales energéticas además involucra numerosas gestiones gubernamentales.
- No se descarta la destrucción de ecosistemas marinos y que se modifique la salinidad y calidad del agua.
- Una central mareomotriz exige una ubicación específica y poco común.
¿Dónde están las centrales de energía mareomotriz?
Fundada en 1966, Rance es la central más antigua del mundo. Está en la región francesa de Bretaña en el estuario del río Rance donde la diferencia de altura entre la marea alta y la marea baja promedia los 8,2 metros, aunque puede alcanzar los 13 metros.
La presa tiene 750 metros de longitud pero la energía es transformada en 332,5 metros de tal extensión. El embalse ocupa una superficie de 22,5 kilómetros cuadrados que puede albergar hasta 184 millones de metros cúbicos de agua regulados por 6 compuertas de 15 metros de ancho y 10 metros de alto. La central tiene instaladas 24 turbinas de 10 MW cada una con las que se genera una potencia máxima de 240 MW al año. Se puede producir alrededor de 540 GWh al año, lo que equivale a 320 mil barriles de petróleo.
Además se construyeron otras obras que permiten el paso de 20 mil embarcaciones al año a través de los desniveles de la central mareomotriz
Con una potencia máxima de generación de energía de 254 MW, la del lago Shiwa en Corea del Sur es la central más grande del planeta. Operativa desde 2011, el embalse cubre una superficie de 30 kilómetros cuadrados y el agua en su interior es regulada por 8 compuertas mediante 10 turbinas de 25,4 MW cada una. Se generan 557 GWh al año lo que equivale a 325 mil barriles de petróleo.
La central de Tidal Lagoon, en la bahía de Swansie, Gales del Sur, es un proyecto. basado en la creación de un lago artificial. Contará con 16 turbinas que permitirán obtener una capacidad instalada de 320 MW con lo que se espera generar más del 10 por ciento de la electricidad del Reino Unido.
Construida por la empresa Marine Current Turbines, la Seagen es la primera turbina mareomotriz a escala comercial de todo el planeta. Inició sus operaciones en Irlanda del Norte como parte de un proyecto para la generación de 1,2 MW a partir de dos turbinas Seagen gemelas. Sus rotores impulsaban un generador que enviaba energía eléctrica a la aldea de Stranford a través de un cable conectado a la red nacional.
El proyecto marco un precedente en 2012 al producir 5 GWh de energía lo que es requerido en 1500 domicilios irlandeses al año, además se exportaron más de 11.6 GW de energía a lo largo de su periodo de vida que culminó en 2019.